CN113090600B - 可变压差多模式负载敏感液压控制系统及方法及工程机械 - Google Patents

Abstract

本发明涉及工程机械技术领域，提供了一种可变压差多模式负载敏感液压控制系统及方法及工程机械，包括负载敏感泵，包括油泵、压力传感器和电比例溢流阀，油泵连接有油箱；压力传感器分别设置于负载敏感泵的油泵出口端和负载反馈压力端，用于检测负载敏感泵的压差；电比例溢流阀的两端分别与负载反馈压力端和油箱连接，用于控制负载反馈压力端的反馈压力；控制器，控制器分别与压力传感器和电比例溢流阀相连，用于控制电比例溢流阀的电流以调节负载敏感泵的压差。本发明通过实时调整电比例溢流阀的电流可以调节负载敏感泵的压差，并且实现油泵需求功率与发动机的功率实时匹配，实现多模式控制，可以满足不同的工况。

Description

可变压差多模式负载敏感液压控制系统及方法及工程机械

技术领域

本发明涉及工程机械技术领域，尤其涉及一种可变压差多模式负载敏感液压控制系统及方法及工程机械。

背景技术

中小吨位汽车起重机液压控制系统主要包括卷扬、变幅、伸缩等动作速度调节，目前普遍运用负载敏感系统，主要包括负载敏感泵和带补偿的负载敏感阀，具有系统稳定可靠、操控性能良好的优点。但是目前负载敏感系统阀口最大压差固定，作业工况模式单一，不能满足不同工况和不同客户群体的需求；同时负载敏感系统普遍为恒功率控制，不可调节，通常为油泵的功率与发动机的怠速进行匹配，无法根据发动机的工况对液压控制系统进行匹配调整，在重载高速情况下，发动机的功率利用率低。

发明内容

本发明提供一种可变压差多模式负载敏感液压控制系统及方法及工程机械，通过实时调整电比例溢流阀的电流可以调节负载敏感泵的压差以达到预设的极限压差，并且实现油泵需求功率与发动机的功率实时匹配，实现多模式控制，可以满足不同的工况。

本发明提供一种可变压差多模式负载敏感液压控制系统，包括：负载敏感泵，包括油泵、压力传感器和电比例溢流阀，所述油泵连接有油箱；所述压力传感器分别设置于所述负载敏感泵的油泵出口端和负载反馈压力端，用于检测负载敏感泵的压差；所述电比例溢流阀的两端分别与所述负载反馈压力端和所述油箱连接，用于控制所述负载反馈压力端的反馈压力；控制器，所述控制器分别与所述压力传感器和所述电比例溢流阀相连，用于控制所述电比例溢流阀的电流以调节所述负载敏感泵的压差。

根据本发明提供的一种可变压差多模式负载敏感液压控制系统，还包括压差控制阀，所述压差控制阀的两端分别与所述油泵出口端和所述电比例溢流阀相连。

根据本发明提供的一种可变压差多模式负载敏感液压控制系统，还包括发动机，所述发动机分别与所述油泵和所述控制器相连，所述控制器被配置为基于发动机功率曲线预设所述油泵不同转速下的极限功率曲线。

根据本发明提供的一种可变压差多模式负载敏感液压控制系统，还包括倾角传感器，所述倾角传感器分别与所述油泵和所述控制器相连，用于检测所述油泵的排量，所述控制器被配置为基于所述油泵的排量、油泵出口端的压力和所述极限功率曲线调节所述电比例溢流阀的电流。

根据本发明提供的一种可变压差多模式负载敏感液压控制系统，还包括节流阀，所述节流阀分别与所述油泵出口端和所述控制器相连，所述控制器被配置为基于所述油泵的扭矩调节所述节流阀的开口度大小。

本发明还提供一种工程机械，包括所述的可变压差多模式负载敏感液压控制系统。

本发明还提供一种根据所述的可变压差多模式负载敏感液压控制系统的控制方法，包括以下步骤：通过控制所述电比例溢流阀的电流以控制所述负载反馈压力端的反馈压力，从而调节所述负载敏感泵的压差。

根据本发明提供的一种可变压差多模式负载敏感液压控制系统的控制方法，还包括以下步骤：根据油泵不同的极限功率预设负载敏感泵不同的极限压差；获取负载敏感泵的实时压差并与所述极限压差比较，调节所述电比例溢流阀的电流，使所述负载敏感泵的实时压差达到所述极限压差。

根据本发明提供的一种可变压差多模式负载敏感液压控制系统的控制方法，还包括以下步骤：根据发动机功率曲线预设油泵不同转速下的极限功率曲线；根据油泵的实时排量和油泵出口端的压力获取油泵的实时扭矩；将所述油泵的实时扭矩与所述极限功率曲线对应的极限扭矩进行比较，基于比较结果控制所述电比例溢流阀的电流，使油泵的实时功率与极限功率曲线对应转速下的极限功率匹配。

根据本发明提供的一种可变压差多模式负载敏感液压控制系统的控制方法，所述基于比较结果控制所述电比例溢流阀的电流，使油泵的实时功率与极限功率曲线对应转速下的极限功率匹配，具体包括：当所述油泵的实时扭矩小于所述极限扭矩时，控制所述电比例溢流阀不得电，调节所述节流阀的开口度大小使油泵的实时排量在零到极限排量之间变化；当所述油泵的实时扭矩大于所述极限扭矩时，调节所述电比例溢流阀的电流，从而调整油泵的实时排量，使油泵的实时功率与极限功率曲线对应转速下的极限功率匹配。

本发明提供的可变压差多模式负载敏感液压控制系统及方法及工程机械，通过实时调整电比例溢流阀的电流可以调节负载敏感泵的压差以达到预设的极限压差，实现多模式控制，可以满足不同的工况；并且根据发动机的转速实时调整电比例溢流阀的电流，实现油泵需求功率与发动机的功率实时匹配，使发动机的功率利用率最大化。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的可变压差多模式负载敏感液压控制系统的结构示意图；

图2是本发明提供的可变压差多模式负载敏感液压控制系统压差可变的控制方法流程图；

图3是本发明提供的可变压差多模式负载敏感液压控制系统多模式控制方法流程图；

图4是本发明提供的油泵的极限功率与发动机功率的关系曲线图；

图5是本发明提供的可变压差多模式负载敏感液压控制系统的功率匹配方法流程图；

附图标记：

1：负载敏感泵； 2：压力传感器； 3：电比例溢流阀；

4：油箱； 5：控制器； 6：压差控制阀；

7：倾角传感器； 8：节流阀； 9：发动机；

101：油泵； 102：油泵出口端； 103：负载反馈压力端。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

下面结合图1-图5描述本发明的可变压差多模式负载敏感液压控制系统及方法及工程机械。

由于目前工程机械起重机主要采用负载敏感系统，其节流阀流量决定了执行机构的速度，执行机构包括油泵或马达，流量(排量)计算公式为：

其中，C为流量系数，为定值；A为节流阀的阀口面积(阀口开度)，由控制器的电流决定；△P为节流阀的阀口压差，即本发明负载敏感泵1的油泵出口端102和负载反馈压力端103的压差；ρ为液压油的密度，为定值。具体的，△P＝P1-P2，其中，P1为本发明压力传感器2检测的油泵出口压力，P2为本发明压力传感器2检测的负载反馈压力。

因此，当节流阀8的阀口开度一定时，△P直接决定流量Q的大小，而常规的负载敏感系统△P恒定不可调，作业工况模式单一。

根据本发明的实施例，如图1所示，本发明提供的可变压差多模式负载敏感液压控制系统，主要包括负载敏感泵1、油箱4和控制器5。其中，负载敏感泵1包括油泵101、压力传感器2和电比例溢流阀3，油泵101与油箱4相连；压力传感器2分别设置于负载敏感泵1的油泵出口端102和负载反馈压力端103，用于检测负载敏感泵1两端的压差；电比例溢流阀3的两端分别与负载反馈压力端103和油箱4连接，用于控制负载反馈压力端103的反馈压力；控制器5分别与压力传感器2和电比例溢流阀3相连，用于控制电比例溢流阀3的电流以控制负载反馈压力端103的反馈压力，进而调节负载敏感泵1的压差。本发明实施例通过实时调整电比例溢流阀3的电流可以调节负载敏感泵1的压差以达到预设的极限压差，实现多模式控制，可以满足不同的工况。

根据本发明的实施例，本发明可变压差多模式负载敏感液压控制系统还包括压差控制阀6，压差控制阀6的两端分别与油泵出口端102和电比例溢流阀3相连，应当理解的是，压差控制阀6也与负载反馈压力端103相连。压差控制阀6由油泵出口压力P1和负载反馈压力P2控制，使得P1与P2始终保持定值关系，进而可以根据节流阀8的开口度大小，实现油泵101的排量在零到极限排量之间变化。而由上可知，当节流阀8的阀口开度一定时，△P决定了节流阀8流量需求，即决定了油泵101的排量大小，也即速度的大小。本发明电比例溢流阀3可以调节△P，进而控制油泵101的排量。

下面对本发明电比例溢流阀3调节△P的控制原理进行描述。由压差控制阀6的阀芯受力平衡可知：P1＝P2+F；其中，F为压差控制阀6的弹簧预调压力，其在出厂时为定值。

当电比例溢流阀3不得电，即控制其电流为零时，电比例溢流阀3不起作用，也可以理解为不动作，此时△P＝F，通过控制节流阀8的开口度大小，实现油泵101的排量在零到极限排量之间变化。

当电比例溢流阀3得电时，P3≤P2，△P＝F-(P2-P3)，其中，P3为电比例溢流阀3设定压力；

由于P3与控制器5的控制电流I成比例关系，设比例系数为K，即P3＝K*I。因此，△P＝F-(P2-K*I)。

综上可知，调整电比例溢流阀3的电流I可以调整△P，而△P直接决定油泵101排量V，即流量Q，具体的，I增大，△P减小，即V减小；反之I减小，△P增大，V增大。因此，本发明通过控制电比例溢流阀3的电流，可实现油泵101极限排量的控制。

根据本发明的实施例，本发明可变压差多模式负载敏感液压控制系统还包括发动机9，发动机9分别与油泵101和控制器5相连，控制器5被配置为基于发动机功率曲线预设油泵101不同转速下的极限功率曲线。应当理解的是，由于发动机9与油泵101是相连的，因此，通过发动机功率进行转换可以计算出油泵101的极限功率，此转换计算过程为本领域常规技术，此处不再进行赘述。

根据本发明的实施例，本发明可变压差多模式负载敏感液压控制系统还包括倾角传感器7，倾角传感器7分别与油泵101和控制器5相连，用于检测油泵101的排量，控制器5被配置为基于油泵101的排量、油泵出口端102的压力和油泵101的极限功率曲线调节电比例溢流阀3的电流，具体的：根据油泵101的实时排量和油泵出口端102的压力获取油泵101的实时扭矩；将油泵101的实时扭矩与极限功率曲线对应的极限扭矩进行比较，基于比较结果控制电比例溢流阀3的电流，使油泵101的实时功率与极限功率曲线对应转速下的极限功率匹配，最大化功率利用率。应当理解的是，功率与扭矩之间的计算转换关系为本领域常规技术，因此，油泵101的实时扭矩对应其实时功率。

根据本发明的实施例，本发明可变压差多模式负载敏感液压控制系统还包括节流阀8，节流阀8分别与油泵出口端102和控制器5相连，控制器5被配置为基于油泵101的扭矩调节节流阀8的开口度大小，具体的：当油泵101的实时扭矩小于极限功率曲线对应的极限扭矩时，控制电比例溢流阀3不得电，调节节流阀8的开口度大小使油泵101的实时排量在零到极限排量之间变化。

本发明还提供一种工程机械，包括上述实施例所述的可变压差多模式负载敏感液压控制系统。工程机械的具体类型不作特别限制，例如可以是泵车、起重机等。本发明工程机械可以实现多模式控制，满足不同的工况。

下面对本发明提供的可变压差多模式负载敏感液压控制系统的控制方法进行描述，下文描述的控制方法与上文描述的控制系统可相互对应参照。

本发明还提供一种根据上述实施例所述的可变压差多模式负载敏感液压控制系统的控制方法，如图2所示，示出了一种压差可变的控制方法，主要包括以下步骤：

S1：通过控制电比例溢流阀3的电流以控制负载反馈压力端103的反馈压力，从而调节负载敏感泵1两端的压差。具体调节原理见上述，本发明该实施例通过调节电比例溢流阀3的电流可以调节负载敏感泵1的压差，实现油泵101的极限排量可控。

根据本发明的实施例，油泵需求功率表达式为：

N＝P1*V*n；

其中，P1为油泵出口压力，V为油泵排量，n为发动机的转速。

如图3所示，示出了一种在压差可变的基础上实现多模式控制的方法，还包括以下步骤：

S1：根据油泵101不同的极限功率预设负载敏感泵1不同的极限压差。

具体的，由上述油泵需求功率表达式可知，油泵101的功率N与排量V具有对应关系，并且由上述流量计算公式可知，排量V也即流量Q与压差△P具有对应关系。因此，

即油泵101的功率N与压差△P具有对应关系，本发明通过在控制器5内预设负载敏感泵1不同的极限压差，也即油泵的极限压差，可以匹配油泵不同的极限功率。

S2：获取负载敏感泵1的实时压差并与极限压差比较，调节电比例溢流阀3的电流，使负载敏感泵1的实时压差达到极限压差，进而使油泵101工作在对应的极限功率曲线上，如图4所示，示出了三种不同预设的极限压差对应的油泵101的不同极限功率曲线，即三种不同作业速度的模式，分别为：极限功率曲线N1、极限功率曲线N2及极限功率曲线N3，并且发动机功率曲线M>极限功率曲线N1>极限功率曲线N2>极限功率曲线N3。应当理解的是，本发明预设的极限压差的组数不受特别限制，可根据实际工况进行相应设置，以满足不同工况的需求。

如图5所示，示出了一种在压差可变的基础上实现功率匹配的控制方法，还包括以下步骤：

S1：根据发动机功率曲线预设油泵101不同转速下的极限功率曲线。

S2：根据油泵101的实时排量和油泵出口端102的压力获取油泵101的实时扭矩。

S3：将油泵101的实时扭矩与极限功率曲线对应的极限扭矩进行比较，基于比较结果控制电比例溢流阀3的电流，使油泵101的实时功率与极限功率曲线对应转速下的极限功率匹配。

具体的，当油泵101的实时扭矩小于极限扭矩时，控制电比例溢流阀3不得电，调节节流阀8的开口度大小使油泵101的实时排量在零到极限排量之间变化，功率也相应的变化进行匹配，功率与排量的关系见上述油泵需求功率表达式；当油泵101的实时扭矩大于极限扭矩时，调节电比例溢流阀3的电流，具体为增大电流，从而减小油泵101的实时排量，使油泵101的实时功率与极限功率曲线对应转速下的极限功率匹配。因此，本发明该实施例可以实现发动机在不同转速情况下的功率匹配，提高发动机的功率利用率。

综上所述，本发明提供的可变压差多模式负载敏感液压控制系统及方法及工程机械，通过实时调整电比例溢流阀的电流可以调节负载敏感泵的压差达到预设的极限压差，实现多模式控制，可以满足不同的工况；并且根据发动机的转速实时调整电比例溢流阀的电流，实现油泵需求功率与发动机的功率实时匹配，使发动机的功率利用率最大化。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种可变压差多模式负载敏感液压控制系统，其特征在于，包括：

负载敏感泵，包括油泵、压力传感器和电比例溢流阀，所述油泵连接有油箱；所述压力传感器分别设置于所述负载敏感泵的油泵出口端和负载反馈压力端，用于检测负载敏感泵的压差；所述电比例溢流阀的两端分别与所述负载反馈压力端和所述油箱连接，用于控制所述负载反馈压力端的反馈压力；

控制器，所述控制器分别与所述压力传感器和所述电比例溢流阀相连，用于控制所述电比例溢流阀的电流以调节所述负载敏感泵的压差；

压差控制阀，所述压差控制阀为两位三通控制阀，所述压差控制阀包括：第一高压油口、第二高压油口、低压油口、第一控制油口和第二控制油口，所述第一高压油口与所述油泵的变量活塞连接，所述第二高压油口与所述第一控制油口相连并一起连接至所述油泵出口端，所述低压油口与所述油箱连接，所述第二控制油口与所述电比例溢流阀相连；所述压差控制阀具有第一工作位和第二工作位，在第一工作位，所述第一高压油口与所述第二高压油口连通，所述低压油口关闭，在第二工作位，所述第一高压油口与所述低压油口连通，所述第二高压油口关闭；

发动机，所述发动机分别与所述油泵和所述控制器相连，所述控制器被配置为：根据发动机功率曲线预设油泵不同转速下的极限功率曲线；根据油泵的实时排量和油泵出口端的压力获取油泵的实时扭矩；将所述油泵的实时扭矩与所述极限功率曲线对应的极限扭矩进行比较，基于比较结果控制所述电比例溢流阀的电流，使油泵的实时功率与极限功率曲线对应转速下的极限功率匹配；

节流阀，所述节流阀分别与所述油泵出口端和所述控制器相连，所述节流阀的阀口压差为所述负载敏感泵的油泵出口端和负载反馈压力端的压差，所述控制器被配置为基于所述油泵的扭矩调节所述节流阀的开口度大小。

2.根据权利要求1所述的可变压差多模式负载敏感液压控制系统，其特征在于，还包括倾角传感器，所述倾角传感器分别与所述油泵和所述控制器相连，用于检测所述油泵的排量，所述控制器被配置为基于所述油泵的排量、油泵出口端的压力和所述极限功率曲线调节所述电比例溢流阀的电流。

3.一种工程机械，其特征在于，包括权利要求1-2中任一项所述的可变压差多模式负载敏感液压控制系统。

4.一种根据权利要求1-2中任一项所述的可变压差多模式负载敏感液压控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

通过控制所述电比例溢流阀的电流以控制所述负载反馈压力端的反馈压力，从而调节所述负载敏感泵的压差；

还包括以下步骤：

根据发动机功率曲线预设油泵不同转速下的极限功率曲线；

根据油泵的实时排量和油泵出口端的压力获取油泵的实时扭矩；

将所述油泵的实时扭矩与所述极限功率曲线对应的极限扭矩进行比较，基于比较结果控制所述电比例溢流阀的电流，使油泵的实时功率与极限功率曲线对应转速下的极限功率匹配。

5.根据权利要求4所述的可变压差多模式负载敏感液压控制系统的控制方法，其特征在于，还包括以下步骤：

根据油泵不同的极限功率预设负载敏感泵不同的极限压差；

获取负载敏感泵的实时压差并与所述极限压差比较，调节所述电比例溢流阀的电流，使所述负载敏感泵的实时压差达到所述极限压差。

6.根据权利要求4所述的可变压差多模式负载敏感液压控制系统的控制方法，其特征在于，所述基于比较结果控制所述电比例溢流阀的电流，使油泵的实时功率与极限功率曲线对应转速下的极限功率匹配，具体包括：

当所述油泵的实时扭矩小于所述极限扭矩时，控制所述电比例溢流阀不得电，调节所述节流阀的开口度大小使油泵的实时排量在零到极限排量之间变化；当所述油泵的实时扭矩大于所述极限扭矩时，调节所述电比例溢流阀的电流，从而调整油泵的实时排量，使油泵的实时功率与极限功率曲线对应转速下的极限功率匹配。